DE69221944T2 - Informationsaufzeichnungs/Wiedergabegerät - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Informationsaufzeichnungs- und/oder -wiedergabevorrichtung der durch die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 gekennzeichneten und aus FR-A-2 637 409 bekannten Art, auf die das Prinzip des Rastertunnelmikroskops angewandt wird.
Stand der Technik
• Das als STM bezeichnete Rastertunnelmikroskop, das eine direkte Beobachtung der Elektronenstruktur von Oberflächenatomen in leitfähigem Material ermöglicht, ist eine jüngere Entwicklung (G. Binnig et al., Phys. Rev. Lett., 49, 57 (1 982)), die die Beobachtung eines real räumlichen Bildes mit extrem hohem Auflösungsvermögen sowohl für Einkristalle als auch für amorphe Substanzen ermöglicht. Das STM nutzt einen Tunnelstrom, der fließt, wenn eine Sonde und eine leitfähige Substanz unter Anlegen einer Spannung dazwischen bis auf einen Abstand von etwa 1 nm einander angenähert werden. Der elektrische Strom ist mit exponentieller Abhängigkeit empfindlich für eine Änderung des Abstands. Wenn eine Sonde unter Konstanthaltung des Tunnelstroms daher abtastend entlanggeführt wird, kann eine real räumliche Oberflächenstruktur mit einem Auflösungsvermögen in atomarer Größenordnung beobachtet werden. Obgleich die Analyse unter Verwendung des STM aufleitfähiges Material beschränkt ist, gehört zu seinen Anwendungen die Strukturanalyse dünner isolierender Schichten, die auf einer Oberfläche aus leitendem Material gebildet sind. Weiterhin ist das STM, da eine solche Vorrichtung und die Mittel ein Verfahren des Nachweisens eines Mikrostromes nutzen, zur Beobachtung eines Mediums ohne jede Beschädigung und mit niedriger Leistung von Vorteil. Weiterhin werden breite Anwendungen des STM wegen der Betreibbarkeit in Luft erwartet.
• Es wird eine aktive Nutzung des STM als Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung mit hoher Aufzeichnungsdichte vorangetrieben, wie beispielsweise in JP-A-63-1 61 552 und JP-A-63-1 61 553 beschrieben. Die Vorrichtung benutzt eine dem STM ähnliche Sonde, wobei eine zwischen der Sonde und einem Aufzeichnungsmedium angelegte Spannung geändert wird, um Daten auf das Aufzeichnungsmedium aufzuzeichnen. Das Aufzeichnungsmedium ist ein Material mit Schalteigenschaften, das hinsichtlich der Spannungs-Strom-Charakteristik einen Gedächtniseffekt zeigt, beispielsweise eine dünne Schicht eines aus Chalkogeniden und organischen Verbindungen mit π-Elektronen ausgewählten Materials. Die Wiedergabe beruht auf einem Unterschied des Tunnelwiderstandes zwischen einem Gebiet, in dem auf diese Weise eine Aufzeichnung vorgenommen wurde und einem Gebiet ohne Aufzeichnung. Weiter ist die Aufzeichnung und Wiedergabe mit einem Aufzeichnungsmedium möglich, bei dem eine Aufzeichnung durch Änderung der Oberflächengestalt des Aufzeichnungsmediums durch eine an die Sonde angelegte Spannung erreicht wird.
• Eine weitere Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung unter Nutzung des STM, von Verfahrenstechniken der Halbleiterherstellung zur Bildung der Sonde und der Verfahren zur Herstellung einer Feinstruktur auf einem einzelnen Substrat wird in JP-A-61-206148 vorgeschlagen; vgl. auch K. E. Peterson, "Silicon as a Mechanical Material", Proceedings of the IEEE, Band 70, S.420, 1982. Die Vorrichtung ist so aufgebaut, daß ein Substrat aus einkristallinem Silicium hergestellt wird, parallele Federn durch Mikrostrukturierung so gebildet werden, daß sie in Richtung parallel zur Substratoberfläche, das heißt in der XY-Ebene, fein bewegbar sind, wobei eine Zunge eines Auslegers mit einer daran gebildeten Sonde auf einem bewegbaren Teil der paralellen Feder vorgesehen ist, ein elektrisches Feld zwischen die Zunge und einen Grundkörper angelegt wird und die Sonde durch eine elektrostatische Kraft in eine Richtung senkrecht zur Substratoberfläche, das heißt in z-Richtung, verstellt werden kann.
• Ähnlich beschreibt die JP-A-62-281138 eine Aufzeichnungsvorrichtung, die mit einer Wandleranordnung versehen ist, bei der mehrere Zungen ähnlich der gemäß der oben erwähnten JP-A-61-206148 vorgesehen sind.
• Es kann davon ausgegangen werden, daß die Speicherkapazität der oben erwähnten Vorrichtung durch Vergrößerung der Fläche des Aufzeichnungsmediums oder durch Erhöhung der Anzahl der Sondenelektroden, von denen an jede eine einzelne Spannung anlegbar sein kann, vergrößert werden kann. Um die Sondenelektroden über einen breiten Bereich der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums bewegen zu können, ist ein Mechanismus zur Grobeinstellung mit sehr hoher Präzision zusätzlich zu einem Mechanismus für Feineinstellung, wie etwa einen Ausleger, erforderlich, was zu dem Problem der Vergrößerung der gesamten Vorrichtung führt. Wenn die Anzahl der Sondenelektroden, an die jeweils unabhängig Spannungen anlegbar sind, zur Erhöhung der Speicherkapazität einfach vergrößert wird, wird die Verdrahtung auf der Seite der Sondenelektroden kompliziert und die Anzahl der Leitungsverbindungen sehr groß. Speziell in dem Fall, daß ein Mechanismus für eine Feineinstellung zur unabhängigen Verstellung der jeweiligen Sondenelektroden vorgesehen ist, ist hierfür eine Verdrahtung erforderlich. Es wird damit schwer, die gesamte Verdrahtung auf der Seite der Sondenelektroden zu konzentrieren. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine Aufzeichnung und Wiedergabe mit hoher Dichte und großer Kapazität ausführen kann, eine einfache Verdrahtung aufweist und für die Massenproduktion geeignet ist und somit die genannten Probleme löst.
• Bei der bekannten Vorrichtung gibt es weiterhin das Problem, daß, wenn die Übertragungsrate der Übertragung der aufzuzeichnenden Information größer als die Schreibgeschwindigkeit ist, welche durch die Einschreibzeit für ein Bit durch eine Sondenelektrode und die Zugriffszeit zur Bewegung der Sondenelektrode zu einer gewünschten Aufzeichnungsfläche gebildet ist, die übertragene Information infolge von Nicht-Übereinstimmungen zwischen der Informationsübertragungsrate und der Schreibgeschwindigkeit nicht auf das Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden kann. Dieses Problem existiert noch im Falle mehrerer Sondenelektroden, wobei eine Nicht-Übereinstimmung zwischen der Informationsübertragungsrate und der Schreibgeschwindigkeit auftritt, obgleich die Schreibgeschwindigkeit in einer begrenzten Zeit erhöht werden kann.
• Eine weitere Informationsaufzeichnungs- und/oder -wiedergabevorrichtung ist aus EP-A-0 382 192 bekannt. Diese Vorrichtung umfaßt eine Einrichtung zum Eingeben von aufzuzeichnender Information in ein Aufzeichnungsmedium, einen Speicher zum zeitweiligen Speichern der Eingabeinformation und eine Einrichtung zum Anlegen von Aufzeichnungsspannungen zwischen einer Mehrzahl von Sondenelektroden und segmentierte ebene Elektroden in Übereinstimmung mit der im Speicher gespeicherten Information.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Informationsaufzeichnungs- und/oder -wiedergabevorrichtung der durch die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 angegebenen Art bereitzustellen, welche eine Aufzeichnung und Wiedergabe mit hoher Dichte und großer Kapazität ausführen kann, eine einfache Verdrahtung aufweist und für die Massenproduktion geeignet ist.
• Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Fig. 1 ist eine Zeichnung zur Darstellung des Gesamtaufbaus einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 2 ist eine Darstellung eines Timing-Diagramms der ersten Ausführungsform;
• Fig. 3 ist eine Zeichnung zur Darstellung eines Timing-Diagramms der zweiten Ausführungsform;
• Fig. 4 ist eine Darstellung, die einen Gesamtaufbau gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
• Fig. 5 ist eine Darstellung des Gesamtaufbaus einer vierten Ausführungsform;
• Fig. 6 ist eine Darstellung, die ein Timing-Diagramm einer fünften Ausführungsform zeigt;
• Fig. 7 ist eine Darstellung des Gesamtaufbaus einer sechsten Ausführungsform; und
• Fig. 8 ist eine Darstellung eines Timing-Diagramms der sechsten Ausführungsform.
DETALLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN Ausführungsform 1
• Fig. 1 ist eine Darstellung eines Aufbaus gemäß einer ersten Ausführungsform der Aufzeichnungs- und/oder -wiedergabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 1 bezeichnen die Ziffern 21 bis 23 Sondenelektroden, von denen jede in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche einer Aufzeichnungsschicht zur Einstellung des Abstandes zwischen der Sondenelektrode und der Aufzeichnungsschicht verstellt werden kann. Es ist ein Bimorph-Ausleger oder -Träger 61 als Mittel zur Einstellung des Abstandes zwischen jeder der Sondenelektroden und dem Aufzeichnungsmedium vorgesehen. Ziffer 62 bezeichnet eine Basis des Bimorph-Auslegers 61 und eine Mehrzahl von Bimorph-Auslegern ist auf einem einzelnen Siliciumsubstrat 63 gebildet. Die Ziffer 74 bezeichnet eine Ansteuer- bzw. Antriebsschaltung zur Ansteuerung einer unabhängigen Verschiebung jedes der Bimorph-Ausleger, die auf dem selben Siliciumsubstrat 63 unter Verwendung eines Halbleiterprozesses gebildet ist. Eine Verdrahtung aus getrennten Leitungen ist auf dem Siliciumsubstrat ausgeführt, um jeden der Bimorph-Ausleger mit der Ansteuerschaltung 74 zu verbinden, obgleich dies in Fig. 1 nicht gezeigt ist. Ziffer 64 bezeichnet eine Leitung, die elektrisch alle Sondenelektroden 21 bis 23 verbindet und zur Masseverbindung nach außen geführt ist. Die obige Anordnung besitzt eine Sondenelektrodeneinheit.
• Weiterhin ist die nachfolgende Anordnung auf Seiten des Aufzeichnungsmediums so vorgesehen, daß sie der Sondenelektrodeneinheit gegenüberliegt Die Ziffern 7 bis 9 bezeichnen eine Mehrzahl von segmentierten ebenen Elektroden, die auf einem einzelnen Substrat 13 so angeordnet sind, daß sie den entsprechenden Sondenelektroden 21 bis 23 gegenüberliegen. Ziffer 11 bezeichnet eine Aufzeichnungsschicht, in die durch Schalten einer Leitfähigkeitsänderung (der Strom-Spannungs-Charakteristik) des Aufzeichnungsteils, der alle ebenen Elektroden 7 bis 9 überdeckt, eine Information aufgezeichnet wird. Das Aufzeichnungsmedium wird durch das Substrat 13, die ebenen Elektroden 7 bis 9 und die Aufzeichnungsschicht 11 gebildet. Bei der vorliegenden Aufzeichnungsform wird ein dünner Polyimidfilm, der mittels des Langmuir- Blodgett-Verfahrens hergestellt wurde, als Aufzeichnungsschicht 11 des Aufzeichnungsmediums benutzt. Das Aufzeichnungsmedium ist jedoch nicht hierauf beschränkt, und es können andere Mittel eingesetzt werden, wie etwa die in JP-A-63-1 61 552 und JP-A-63-1 61 553 beschriebenen. Obgleich eines der Merkmale der vorliegenden Erfindung in der Verwendung eines Aufzeichnungsmediums besteht, das die mehreren segmentierten Elektroden hat, ist die Anordnung nicht auf eine solche beschränkt, bei der die Aufzeichnungsschicht auf der ebenen Elektrode gebildet ist, und es kann eine solche Anordnung benutzt werden, bei der die Aufzeichnungsschicht selbst die Funktion einer Elektrode hat. Bei einer alternativen Ausbildung kann das Aufzeichnungsmedium durch Anordnung mehrerer Blöcke einer segmentierten Aufzeichnungsschicht, die die Funktion der Elektrode haben und voneinander getrennt sind, um einen Kontakt zu vermeiden, strukturiert sein.
• Ziffer 1 6 bezeichnet einen Mikrocomputer zum Schreiben und Lesen der Information und zur gesamten Steuerung der Vorrichtung. Die Ziffern 14 und 15 sind Bewegungseinrichtungen zum Bewirken einer Relativbewegung der Sondenelektroden 21 bis 23 in X- und Y-Richtung längs der Oberfläche der Aufzeichnungsschicht 11, wobei Ziffer 1 4 ein x-Abtastmechanismus zum Bewegen der Sondenelektroden 21 bis 23 in X-Richtung und 1 5 ein Y- Abtastmechanismus zu deren Bewegung in Y-Richtung ist.
• Ziffer 25 ist eine Antriebsschaltung des x-Abtastmechanismus 141 und Vx stellt eine Ansteuerspannung dar. Weiterhin ist Ziffer 26 eine Antriebsschaltung des Y- Abtastmechanismus 15, und Vy stellt dessen Ansteuerspannung dar. Ziffer 17 bezeichnet eine Spannungsanlegeschaltung, die entweder eine vorbestimmte Impulsspannung zum Schreiben oder eine vorbestimmte Vorspannung zum Lesen jeweils unabhängig für jeden Satz ebener Elektroden 7 bis 9 und der Sonden- Gegenelektroden 21 bis 23 anlegt. V&sub1;, V&sub2; und V&sub3; stellen Werte der jeweils an Paare der Sondenelektroden 21 bis 23 und ebenen Elektroden 7 bis 9 angelegten Spannung dar. Ziffer 18 ist eine Stromerfassungsschaltung zur Erfassung der Werte des jeweils zwischen einem Paar aus einer Sondenelektrode und einer ebenen Elektrode fließenden elektrischen Stroms A&sub1;, A&sub2; und A&sub3; stellen Werte des elektrischen Stroms dar, der jeweils zwischen einem Paar aus einer der Sondenelektroden 21 bis 23 und der ebenen Elektroden 7 bis 9 fließt. Die auf das Medium in der Position der Sonde aufgezeichneten Daten können durch Lesen eines Wertes des durch die Stromerfassungsschaltung 18 fließenden elektrischen Stroms, wenn die Vorspannung zum Lesen an die Spannungsanlegeschaltung 17 angelegt wird, wiedergegeben werden.
• Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, da die Spannungsanlegeschaltung 17 und die Stromerfassungsschaltung 18 auf der Seite der ebenen Elektroden angeschlossen sind, in der Montagedichte des Siliciumsubstrates 64 - verglichen mit der herkömmlichen Vorrichtung - auf der Seite der Sondenelektrode genügend Raum geschaffen. Des weiteren kann, da die Sondenelektroden 21 bis 23 durch die einzelne gemeinsame Leitung 64 angeschlossen sind, die Verdrahtung auf dem Siliciumsubstrat auf der Seite der Sondenelektrode in vorteilhafter Weise vereinfacht werden. Speziell bei der Anordnung der vorliegenden Ausführungsform unter Verwendung der Einrichtung (Bimorph-Ausleger) zum unabhängigen Bewegen der jeweiligen Sondenelektroden muß eine Anzahl von Leitungen auf demselben Siliciumsubstrat 63 realisiert werden, um die jeweiligen Bimorph- Ausleger und die Ansteuerschaltung anzuschließen, so daß die Einzel-Leitungsverbindung der Sondenelektroden wegen der Verringerung der Anzahl der Verdrahtungsleitungen extrem vorteilhaft ist.
• V&sub0; stellt eine Spannung eines aufzuzeichnenden Informationssignals dar, und die Ziffern 19 und 20 bezeichnen ein erstes Schieberegister R1 und ein zweites Schieberegister R2, die jeweils eine Anzahl von Speicherbereichen haben, die gleich der Anzahl der mehreren Sondenelektroden ist. Ziffer 24 bezeichnet eine Schalteinrichtung, die das seriell eingegebene Informationssignal V&sub0; aufspaltet, um es auf die Schieberegister 19 und 20 zu verteilen. Die Informationssignalspannung V&sub0; wird durch die Schalteinrichtung 24 zeitweilig in einem der Schieberegister 19, 20 gespeichert. Während der Einspeicherung in ein Schieberegister wird parallel das Einschreiben der Information in die Aufzeichnungsschicht 11 durch Anlegen der Impuls-Schreibspannung zwischen die Sondenelektroden 21 bis 23 und die ebenen Elektroden 7 bis 9 in Übereinstimmung mit der bereits im anderen Schieberegister gespeicherten Information ausgeführt. Das erste Schieberegister 1 9 und das zweite Schieberegister 20 sind somit dazu vorgesehen, die übermittelte Information vom seriellen Typ in den parallelen Typ umzuwandeln. Das stapelweise Einschreiben kann parallel ausgeführt werden, indem die Information vom seriellen Typ in vorteilhafter Weise bei der Informationsübertragung mit weniger Informationsleitungen durch alternierende Eingabe und Ausgabe von Information über das erste und zweite Schieberegister fließend gewandelt wird. Weiterhin kann, da die Schreibspannung gleichzeitig zwischen die mehreren ebenen Elektroden 7 bis 9 und die mehreren Sondenelektroden 21 bis 23 angelegt wird, ein Feineinstellfehler in der Einstellposition der Sondenelektroden relativ zum Aufzeichnungsmedium, der durch eine Temperaturdrift mit der Zeit bewirkt wird, annähernd zwischen den Sonden ausgeglichen werden, was eine hohe Zuverlässigkeit zwischen den Sonden sichert.
• Fig. 2 zeigt ein Timing-Diagramm der Ansteuerung einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wobei die Abszisse die Zeit bezeichnet, und "1" und "0" Informationswerte sind. R1 und R2 zeigen Betriebszustände des ersten Schieberegisters 19 bzw. des zweiten Schieberegisters 20. A stellt einen Eingangs-Informationszustand dar, B stellt einen Ausgangs-Informationszustand dar, und C stellt einen Löschzustand für die Information oder einen Beendigungszustand zur Einstellung dar. Weiterhin stellt ΔT&sub1; eine Zeitspanne des Anlegens einer Schreibspannung oder eine Schreibperiode dar, und ΔT&sub4; stellt eine einschreibfreie Periode dar. Die Spannungen V&sub1; bis V&sub3; schließen zwei Arten von Schreibspannungen ein, die dem Zustand "1" und dem Zustand "0" in der Schreibperiode ΔT&sub1; entsprechen, und eine normalerweise bei 100 bis 500 mV liegende Vorspannung in der anderen Periode. Hier wird die dem Zustand "0" entsprechende Schreibspannung auf denselben Wert wie den der Vorspannung eingestellt. ΔT&sub2; ist eine Periode für die Relativbewegung der Sondenelektrode 21 bis 23 über die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 11 unter Änderung des Spannungswertes (Vx, Vy), und ΔT&sub3; ist eine Informationsübertragungszeit für ein Bit. Die Informationsübertragungsrate kann durch 1/ΔT&sub3; repräsentiert werden. In Fig. 2 bezeichnen die Ziffern 31 bis 35 Schaltperioden der Schieberegister 19, 20 durch die Schalteinrichtung 24. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Anpassung zwischen der Informationsübertragungsrate (1/ΔT&sub3;) und der Schreibrate (1/(ΔT&sub1; + ΔT&sub2;)) dadurch erhalten, daß das erste Schieberegister 19 und das zweite Schieberegister 20 mit einer Anzahl von Speichern versehen sind, die der Anzahl der mehreren Sondenelektroden entspricht, daß die Eingabe und Ausgabe von Information in den Schaltperioden 31 bis 35 durch das erste Schieberegister 19 und das zweite Schieberegister 20 ausgeführt wird, und daß die gepaarten Schieberegister, die drei Speicher für die drei Sondenelektroden haben, dazu ausgebildet sind, alternierend die Eingabe und Ausgabe auszuführen.
• Bei der vorliegenden Ausführungsform haben die zwischen die mehreren Sondenelektroden 21 bis 23 und die segmentierten Elektroden 7 bis 9 angelegten Spannungen V&sub1; bis V&sub3; die Schreibperiode ΔT&sub1;, in der die Schreibspannung angelegt wird, und die Nicht-Schreibperiode ΔT&sub4;, und die mehreren Sondenelektroden 21 bis 23 werden in einer Periode ΔT&sub2; innerhalb der Nicht- Schreibperiode ΔT&sub4; längs der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 11 bewegt. Nachdem der Zugriff der Sondenelektroden zu einer Aufzeichnungsposition auf dem Aufzeichnungsmedium bewirkt wurde, werden die Spannungen angelegt, was eine effektive Anlegung von Spannung an die Aufzeichnungsposition und die diskrete Formierung von Aufzeichnungsbits erlaubt, was in vorteilhafter Weise die leichte Beurteilung von Aufzeichnungsbits ermöglicht.
• Das Einschreiben der Information wird speziell wie folgt ausgeführt. Die Schalteinheit 24 wählt das erste Schieberegister 1 9 oder das zweite Schieberegister 20, die jeweils eine mit der Anzahl der mehreren Sondenelektroden übereinstimmende Anzahl von Speichern haben, um nachfolgend eine serielle Information zu übertragen. Die Speicherung der Information wird gestoppt, wenn eines der Schieberegister durch die Speicherung der der Anzahl von Sonden entsprechenden Information voll wird. Die der im Schieberegister gespeicherten Information entsprechenden Schreibspannungen werden zwischen die Ebenen bzw. planaren Elektroden und die Sondenelektroden angelegt. Das stapelweise Einschreiben von Information wird parallel in den mehreren Aufzeichnungsbereichen eingeführt, zu denen die mehreren Sondenelektroden Zugriff erhalten. Nach Beendigung des Schreibens werden die Sondenelektroden wieder in ein anderes gewünschtes Gebiet des Aufzeichnungsmediums bewegt. Die nächste Information wird an das andere Schieberegister auf dieselbe Weise wie oben während des vorigen Einschreibens in ein Schieberegister während der Bewegung der Sondenelektroden übertragen, oder im Löschzustand "C" des Schieberegisters, das gerade die Schreibspannungen ausgegeben hat, wodurch das nächste stapelweise Einschreiben vorbereitet wird. Die Vorgänge werden abwechselnd wiederholt. Beispielsweise ist die Informationsübertragungsperiode ΔT&sub3; für ein Bit aus dem Informationssignal V&sub0; mit einer seriellen Information von 101010... kürzer als die durch eine Sondenelektrode zum Einschreiben von 1 Bit benötigte Zeit ΔT&sub1;, so daß es bei herkömmlichen Anwendungen unmöglich war, daß eine Sondenelektrode die obige Datenfolge in das Aufzeichnungsmedium 11 einschreibt. Auch wenn eine Mehrzahl von Sondenelektroden verwendet worden wäre, wäre das Einschreiben der obigen Datenfolge infolge der Nicht-Übereinstimmung zwischen der Informationsübertragungsrate und der Schreibgeschwindigkeit nicht realisierbar gewesen. Im Gegensatz hierzu gibt bei der vorliegenden Ausführungsform, bei der die Schalteinheit 24 die Schaltperiode von 3ΔT&sub3; hat und eines der paarweise angeordneten Schieberegister Information von 3 Dateneinheiten (Bit) aus der Datenfolge V&sub0; in der Periode 3ΔT&sub3; empfängt, das andere Schieberegister gleichzeitig Information von 3 Bit aus, die während der vorhergehenden Periode von 3ΔT&sub3; an die drei ebenen Elektroden zum Speichern eingegeben worden war, und dies in der Schreibperiode von 2ΔT&sub3; (=ΔT&sub1;). Durch abwechselndes Wiederholen dieser Vorgänge durch die beiden Schieberegister unter Aufrechterhaltung der Übereinstimmung zwischen der Informationsübertragungsart und der Schreibgeschwindigkeit wird das Einschreiben der obigen Datenfolge in das Aufzeichnungsmedium 11 ausgeführt.
• Genauer gesagt, ist das Schieberegister 19 in einem Abschnitt 31 im Eingabezustand "A", um eine Informationsfolge von 3 Bit "101" zu empfangen. Das Schieberegister 1 9 gelangt in einem nächsten Abschnitt 32 in den Ausgabezustand "B", um die Schreibspannungen V&sub1;, V&sub2; und V&sub3; als "1", "0" und "1" zu steuern - aufgrund der im vorhergehenden Abschnitt 31 empfangenen Datenfolge. Dann gelangt das Schieberegister 19 in den Löschzustand oder Beendigungszustand zur Einstellung "C", und das Schieberegister 20 gelangt in den Eingabezustand, um eine nächste Datenfolge "010" zu empfangen. Ähnlich gelangt in einem nächsten Abschnitt 33 das Schieberegister 20 zunächst in den Ausgabezustand, um V&sub1;, V&sub2; und V&sub3; als "0", "1" und "0" zu steuern, basierend auf der im vorhergehenden Abschnitt 32 empfangenen Datenfolge. Das Schieberegister 20 kommt dann in den Zustand "C", und das Schieberegister 1 9 kommt in den Eingabezustand, um eine nachfolgende Datenfolge "101" zu empfangen. In den nachfolgenden Abschnitten 33 bis 35 wird die Aufteilung und Verteilung der Datenfolge in die Schieberegister, die alternierende Eingabe und Ausgabe durch die Schieberegister und die Steuerung der Schreibspannungen V&sub1;, V&sub2;, V&sub3; analog ausgeführt, was die Abstimmung zwischen der Informationsübertragungsrate und der Schreibgeschwindigkeit bei der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht.
Ausführungsform 2
• Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Der Aufbau der Vorrichtung ist derselbe wie in Fig. 1. Fig. 3 ist eine Zeichnung zur Darstellung eines Timing-Diagramms der Ansteuerung bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform weist das Merkmal eines stapelweisen Einschreibens mit kontinuierlicher Bewegung der mehreren Sondenelektroden 21 bis 23 über die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 11 auf. Alle anderen Merkmale sind dieselben wie bei der ersten Ausführungsform.
• Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Sondenbewegungsperiode ΔT&sub2;, welche die zur Bewegung der Sondenelektrode um den zur Erkennung eines Bits erforderlichen Abstand nötige Zeitperiode ist, länger als die Informationsübertragungsperiode für ein Bit der Informationssignalspannung V&sub0;. In diesem Falle erlaubten die herkömmlichen Anordnungen kein Einschreiben der Datenfolge der oben erwähnten Informationssignalspannung in das Aufzeichnungsmedium 11, auch nicht mit mehreren Sondenelektroden. Des weiteren ist die zum Einschreiben nötige Periode ΔT&sub1; kürzer als ΔT&sub3;. Im Falle ΔT&sub1; > ΔT&sub3; war das Einschreiben einer Datenfolge auf herkömmliche Weise ebenfalls unmöglich.
• Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das stapelweise ("batch") Einschreiben durch abwechselndes Wiederholen der Eingabe und Ausgabe durch die Schieberegister 19,20 unter kontinuierlicher Änderung der Werte von Vx, Vy gemäß dem Timing-Diagramm von Fig. 3 in einer zweidimensionalen Abtastung, bei der die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 11 relativ zu den Sondenelektroden bewegt wird, ausgeführt. Dies ermöglicht das Einschreiben in das Aufzeichnungsmedium 11 auch dann, wenn die Datenfolge in einer Informationsübertragungsperiode für ein Bit übertragen wird, die kürzer als die Bewegungsperiode ΔT&sub2; der Sondenelektroden zur Erkennung von 1 Bit ist.
Ausführungsform 3
• Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind planare Elektroden in einem Halbleitersubstrat angeordnet, und eine integrierte Schaltung ist auf der Seite der planaren Elektroden gebildet. Die vorliegende Ausführungsform verhindert eine Konzentration komplizierter periphärer Schaltungen und Verdrahtungsleitungen auf der Seite der Sondenelektrode infolge der Erhöhung der Anzahl der Sonden. Weiter hat die vorliegende Ausführungsform insofern eine Allzweckeignung, als eine das Aufzeichnungsmedium und andere Elemente enthaltende geschlossene Einheit herausnehmbar angebracht ist.
• In Fig. 4 bezeichnen die Ziffern 76 bis 78 entweder eine Spannungsanlegeschaltung, eine Stromerfassungsschaltung oder beide. Die Spannungsanlegeschaltung und die Stromerfassungsschaltung für jeweilige planare Elektroden sind auf einem Halbleitersubstrat 71 gebildet, auf dem die planaren Elektroden angeordnet sind. Mit dieser Anordnung wurde eine Vereinfachung der gesamten Vorrichtung ohne Notwendigkeit der Ausführung komplizierter Verdrahtungsverbindungen gegenüber den herkömmlichen Anordnungen erreicht. Weiterhin ist Ziffer 70 eine Isolierschicht zur Isolierung der planaren Elektroden gegenüber elektrischen Schaltungen auf dem Halbleitersubstrat, und Ziffer 84 ist eine Durchgangsloch-Elektrode zum Anschluß der planaren Elektroden und der elektrischen Schaltungen auf dem Halbleitersubstrat 71. Ein Abschnitt 79 hat Funktionen einer Schalteinheit und eines Schieberegisters, so daß die Schalteinheit zur Aufteilung der Information und die Schieberegister auf dem Halbleitersubstrat 71 gebildet sind. Des weiteren ist auf dem Halbleitersubstrat 71 ein Mikrocomputer 1 6 aufgeführt. Ziffer 83 bezeichnet eine xy-Abtastansteuerschaltung, die auf derselben Seite eines Siliciumsubstrates wie die Sondenelektroden gebildet ist, um die jeweiligen Abtastmechanismen 14, 15 anzusteuern. Ziffer 85 bezeichnet einen Grundkörper der Aufzeichnungs- und/oder -wiedergabevorrichtung, an dem ein geschlossenes Gehäuse 75 mit den Verbindungsanschlüssen frei montierbar ist, Ziffer 80 einen Verbindungsanschluß für die Stromversorgung, Ziffer 81 einen Anschluß zur Informationsübertragung und Ziffer 82 einen Anschluß für die Mikrocomputersteuerung.
• Die Aufzeichnungs- und/oder -wiedergabevorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist durch eine ab- bzw. herausnehmbare Ausbildung der Einheit gekennzeichnet, in der die Sondenelektroden, das Aufzeichnungsmedium und die segmentierten planaren Elektroden gemeinsam im geschlossenen Gehäuse 75 mit den Verbindungsanschlüssen 80 bis 82 untergebracht sind. Die Aufzeichnungsund/oder -wiedergabevorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist für die Massenproduktion mit hoher Zuverlässigkeit geeignet, indem die komplizierten periphären Schaltungen zusammen in einer Kassette untergebracht sind.
Ausführungsform 4
• Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Fig. 5 ist eine Zeichnung zur Darstellung des Aufbaus der vierten Ausführungsform. Die vierte Ausführungsform ist gleich der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, daß eine Mehrzahl von eine Mehrzahl von Sondenelektroden verbindenden Verbindungsleitungen vorgesehen ist.
• Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Leitungen 91 bis 93 vorgesehen, die mit einer Mehrzahl von parallelen segmentierten Elektroden 7 bis 9 und einer Mehrzahl von Sondenelektroden 95 verbunden ist. Da die mehreren Sondenelektroden unterschiedlichen planaren Elektroden 7 bis 9 gegenüberliegen, die unabhängig ansteuerbar sind - mit einem (in Fig. 5 nicht gezeigten) Aufzeichnungsmedium dazwischen -, kann eine Einschreibinformation parallel über die planaren Elektroden 7 bis 9 übertragen werden, wobei die die mehreren Sondenelektroden aufweisenden Leitungen 91 bis 93 zur Abtastung sequentiell ausgewählt werden. Es ist auch möglich, die Schreibinformation parallel über die mehreren Leitungen 91 bis 93 zu übertragen, wobei die planaren Elektroden 7 bis 9 sequentiell zum Abtasten ausgewählt werden, weil die planaren Elektroden den mit unterschiedlichen Leitungen verbundenen mehreren Sondenelektroden (mit dem Aufzeichnungsmedium dazwischen) gegenüberliegen. Die vorliegende Ausführungsform hat die früher dargestellte Ausführung der periphären Schaltungen. Ziffer 94 bezeichnet eine Auswahlschaltung zum sequentiellen Auswählen der Leitungen 91 bis 93 mit den mehreren Sondenelektroden Stück um Stück in chronologischer Reihenfolge, und Ziffer 96 bezeichnet in einer Matrix angeordnete Träger bzw. Ausleger.
• Bei der vorliegenden Ausfuihrungsform ist jede der mehreren parallelen planaren Elektroden eine Elektrode von Bandgestalt, was im Hinblick auf eine Vereinfachung der Verdrahtung von Vorteil ist. Speziell kann die Verdrahtungsanordnung extrem vereinfacht werden, da die Leitungen 91 bis 93 die mehreren Sondenelektroden jeweils relativ zueinander in Zeilen bzw. Reihen ausgerichtet und den unterschiedlichen planaren Elektroden gegenüberliegend aufweisen und die Zeilen der mehreren Sonden und die Spalten der bandförmigen planaren Elektroden in gegeneinander verdrehter, eine Matrixanordnung bildender Anordnung über dem Aufzeichnungsmedium positioniert sind.
Ausführungsform 5
• Fig. 6 ist eine Zeichnung zur Darstellung einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, nämlich ein Timing-Diagramm zur Ansteuerung der Aufzeichnungs- und/oder -wiedergabevorrichtung, die so aufgebaut ist wie bei der vierten Ausführungsform In Fig. 6 repräsentieren Va, Vb, Vc Spannungszustände der mit den mehreren Sonden verbundenen Leitungen 91 bis 93, und es sind Auswahlzustände einer Abtasteinrichtung (Scanner) 94 dargestellt, wobei eine durchgezogene Linie eine Einstellspannung bei Vorliegen der Auswahl und eine gepunktete Linie einen Unterbrechungs- oder Nicht-Auswahl-Zustand zeigt.
• Eine Sondenelektrode im nicht-ausgewählten Zustand wird in einem vom Aufzeichnungsmedium getrennten Zustand gehalten und eine über eine Leitung mit einer planaren Elektrode und den mehreren Sonden ausgewählte Sondenelektrode hat eine Periode ΔT&sub8; zur Steuerung eines Abstandes zwischen der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums und der Sondenelektrode in einer Auswahlperiode, wodurch eine Aufzeichnungs- und/oder -wiedergabevorrichtung mit hoher Aufzeichnungsdichte und großer Aufzeichnungskapazität bereitgestellt wird, bei der der Einfluß von Übersprechen im nicht-beschriebenen Teil kontrolliert ist.
• Bei der vorliegenden Ausführungsform liegt mindestens eine Gruppe von Sondenelektroden, mit dem Aufzeichnungsmedium dazwischen, entsprechenden mehreren planaren Elektroden gegenüber, und die Schreibspannungen werden zum Einschreiben simultan zwischen die planaren Elektroden und dieser Elektrodengruppe angelegt. Die Vorrichtung kann ein Einschreiben von ihr zugeführter Information auf das Aufzeichnungsmedium mit hoher Geschwindigkeit durch sequentielles Wiederholen des Schreibvorgangs für jede der Sondenelektrodengruppe ausführen. Die Anordnung ist natürlich hierauf nicht beschränkt. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von mit unterschiedlichen Leitungen verbundenen Sondenelektroden mit dem Aufzeichnungsmedium dazwischen den planaren Elektroden gegenüberliegen, und die Schreibspannungen können zwischen die unterschiedlichen Leitungen und die ausgewählte planare Elektrode angelegt werden, wobei die planaren Elektroden aufeinanderfolgend angewählt werden.
• In Fig. 6 ist, wenn beispielsweise ein Informationssignal V&sub0; mit der Datenfolge "101001110010011100" übermittelt wurde, die Informationsübertragungsperiode ΔT&sub3; von einem Bit kürzer als die zum Schreiben eines Bits durch eine Sondenelektrode nötige Periode ΔT&sub1;. In herkömmlicher Weise war es unmöglich, daß eine Sondenelektrode die Datenfolge in das Aufzeichnungsmedium einschreibt. Bei der vorliegenden Ausführungsform hat die Schalteinheit 24 eine Schaltperiode von 3ΔT&sub3;, eines der beiden Schieberegister empfängt eine Information von 3 Bit aus der Datenfolge von V&sub0; in der Periode von 3ΔT&sub3;, das andere Register gibt simultan während der Schreibperiode mit 3ΔT&sub3; die Information von 3 Bit aus, die in der vorangehenden Periode von 3ΔT&sub3; eingegeben wurden, wobei die Information von 3 Bit an die drei planaren Elektroden 7 bis 9 übermittelt wird, die Schieberegister 19, 20 wiederholen alternierend diesen Betrieb, der Scanner 94 wählt synchron mit diesem Vorgehen aufeinanderfolgend die mit den mehreren Sonden verbundenen Leitungen 91 bis 93 aus, und die Sondenelektroden werden relativ zum Aufzeichnungsmedium unter Änderung der Spannungen Vx, Vy über die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums relativ zu diesem bewegt, was das Einschreiben mit hoher Kapazität und hoher Geschwindigkeit bei einer einfachen, für die Massenproduktion geeigneten Leitungsführung ermöglicht.
• Des weiteren sind bei der vorliegenden Ausführungsform mindestens zwei, bevorzugt 3, Sondenelektroden vorgesehen, die mit der oder den, bevorzugt 3, Leitung(en) verbunden sind, so daß durch aufeinanderfolgende Auswahl der Leitungen in chronologischer Reihenfolge zum Anlegen der Schreibspannung zwischen die planare Elektrode und die gewählte Leitung effektiv neun Sonden eingesetzt werden können.
Ausführungsform 6
• Die Fig. 7 und 8 sind Zeichnungen zur Darstellung einer Informationswiedergabevorrichtung nach einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 7 den Aufbau den Gesamtvorrichtung und Fig. 8 ein Timing-Diagramm für die Ansteuerung zeigt. In den Fig. 7 und 8 repräsentieren V&sub1;, V&sub2;, V&sub3; Vorspannungen der Auslesespannungen&sub1; die normalerweise etwa 100 bis 500 mV betragen und an die planaren Elektroden 7 bis 9 angelegt werden. Während vermittels Änderung der Spannungen Vx, Vy zur xy-Ansteuerung Sondenelektroden längs der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums bewegt werden, tastet der Scanner 94 selektiv die Leitungen 91 bis 93 ab, um über die Stromerfassungseinrichtung 18 eine in das Aufzeichnungsmedium eingeschriebene Information auszulesen. Ziffer 102 bezeichnet ein drittes Schieberegister R3 und Ziffer 103 ein viertes Schieberegister R4, durch die Ausleseinformation von Information vom parallelen Typ in Information vom seriellen Typ umgewandelt wird. Alternierende Eingabe und Ausgabe von Information durch die Schieberegister verringert die Anzahl der Datenübertragungsleitungen. Die Ausleseinformation der Stromerfassungseinrichtung 18 wird zuerst in einem vom Aufzeichnungsmedium verschiedenen Speichergebiet 11 gespeichert, und dann wird die Information nach außen übertragen, wodurch eine Abstimmung der Informationsübertragung bewirkt wird. Nach der Auswahl werden die Auslesespannungen simultan zum Lesen zwischen die mehreren planaren Elektroden und die mehreren Sondenelektroden angelegt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine Mehrzahl von planaren Elektroden vorgesehen, die Auslesespannungen werden zwischen die Sondenelektroden und die planaren Elektroden angelegt und die Werte des zwischen den Sondenelektroden und den planaren Elektroden fließenden elektrischen Stroms werden erfaßt, um Verschiebungsdifferenzen der Sondenposition zum Auslesen der Information zu erfassen, was ein Auslesen mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht.
• Obgleich die Anzahl der Sondenelektroden und die Anzahl der ebenen bzw. planaren Elektroden bei den obigen Ausführungsformen zur Vereinfachung der Erläuterung relativ gering ist, kann bei einer praktisch anwendbaren Ausbildung eine große Anzahl von Elektroden - beispielsweise 2500 - vorgesehen sein, um den Effekt zu vergrößern.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Aufzeichnungs- und/oder -wiedergabevorrichtung erhalten werden, die mit niedrigen Kosten, bei einfacher Verdrahtung auf der Seite der Sondenelektrode und guter Eignung für die Massenproduktion, eine Aufzeichnung mit hoher Dichte und großer Aufzeichnungskapazität ermöglicht.

Claims (10)

1. Informationsaufzeichnungs-/-wiedergabevorrichtung zum Bewirken einer Aufzeichnung und/oder einer Wiedergabe von Information unter Verwendung einer Sondenelektrode, mit:

- einem Aufzeichnungsmedium (7-9, 11, 13) mit einer Mehrzahl segmentierter ebener Elektroden (7-9), die elektrisch gegeneinander isoliert sind,

- einer Mehrzahl Sondenelektroden (21, 22, 23), die den mehreren segmentierten Ebenen Elektroden je gegenüberliegen, und

- einer Einrichtung (17, 19, 76-78) zum unabhängigen Anlegen einer Spannung zur Aufzeichnung/Wiedergabe zwischen jedem Paar der ebenen Elektroden und der Sondenelektroden,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Mehrzahl Sondenelektroden elektrisch miteinander verbunden sind.

2. Informationsaufzeichnung-/-wiedergabevorrichtung nach Anspruch 1, die weiter eine Einrichtung (14, 15) zum Einstellen einer Relativpositionsbeziehung zwischen dem Aufzeichnungsmedium (7-9, 11, 13) und den jeweiligen Sondenelektroden (21, 22, 23) aufweist.

3. Informationsaufzeichnungs-/-wiedergabevorrichtung nach Anspruch 2, die weiter eine Einrichtung (61) zum unabhängigen Verstellen der mehreren Sondenelektroden (21-23) aufweist.

4. Informationsaufzeichnungs-/-wiedergabevorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Verstelleinrichtung (61) verstellbare Träger (61) zum Tragen der Sondenelektroden hat.

5. Informationsaufzeichnungs-/-wiedergabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mehreren Sondenelektroden (21-23) mit Masse verbunden sind.

6. Informationsaufzeichnungs-/-wiedergabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Aufzeichnungsmedium ein Siliciumsubstrat (71) aufweist und die Spannungsanlegungseinrichtung (76-78) in das Siliciumsubstrat integriert ist.

7. Informationsaufzeichnungs-/-wiedergabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit:

- einer Einrichtung (24) zum Eingeben von aufzuzeichnender Information in das Aufzeichnungsmedium (7-9, 11, 13), und

- einem vom Aufzeichnungsmedium verschiedenen Speicher (19, 20, 102, 103) zum zeitweiligen Speichern der eingegebenen Information, wobei die Einrichtung (17, 19, 76-78) zum Anlegen einer Spannung so ausgebildet ist, daß sie eine Spannung zur Aufzeichnung entsprechend der im Speicher gespeicherten Information anlegt.

8. Informationsaufzeichnung-/-wiedergabevorrichtung nach Anspruch 7, wobei

- der Speicher ein erstes (19, 102) und ein zweites (20, 103) Schieberegister zum Umwandeln eingegebener serieller Information in parallele Information aufweist und

- das erste und zweite Schieberegister abwechselnd eine Eingabe und eine Ausgabe von Information ausführen.

9. Informationsaufzeichnung-/-wiedergabevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl Sondenelektroden elektrisch durch eine Leitung (64) miteinander verbunden sind.

10. Informationsaufzeichnung-/-wiedergabevorrichtung nach Anspruch 9, wobei eine Mehrzahl Leitungen (91, 92, 93) vorgesehen sind und diese so ausgebildet sind, daß sie die segmentierten ebenen Elektroden (7-9) kreuzen und elektrisch gegeneinander isoliert sind, wobei jede der Mehrzahl Sondenelektroden (21-23) in einer Position angeordnet ist, wo sich die Leitungen und die segmentierten ebenen Elektroden je kreuzen, und die Vorrichtung weiter eine Auswahleinrichtung (94) nachfolgenden Auswählen zwecks In-Betrieb-Nahme einer der mehreren Leitungen aufweist.